刘建军博士在航空器结构监测与柔性风能收集领域取得重要进展

近期，我院刘建军老师及其合作团队在航空器结构健康监测与柔性风能收集领域取得系列重要研究进展。两项标志性科研成果分别被SCI国际权威期刊《Measurement》与《Results in Engineering》录用发表。这系列研究得到了国家自然科学基金项目（12202155、12172270）的鼎力资助，不仅彰显了我校在智能材料与装备领域的交叉融合创新能力，也进一步提升了我校在相关领域的国内外学术影响力。在航空器结构健康监测方面，团队在《Measurement》（2026年第273卷，121183）发表了名称为“Self-poweredreal-time monitoring of UAV propeller faults via integrated sensing and energyharvesting of MFC”的无人机螺旋桨故障自供电监测研究论文。该文由我校2024级电子科学与技术专业本科生曹译文担任第一作者，刘建军老师与西安交通大学李群教授任共同通讯作者。针对微型无人机低功耗与轻量化挑战，研究提出基于宏纤维复合材料（MFC）的感知与能量收集一体化方法。通过将MFC贴附于共振悬臂梁，系统可将螺旋桨质量不平衡引起的机身振动转化为电能与传感信号。实验与仿真证实，输出峰峰值电压与不平衡质量呈优异的线性关系（R² > 0.99）。在70 Hz共振下，系统可提取29.9 μW峰值功率，1.5秒内驱动LED产生视觉报警，并保持40 dB信噪比 。该成果实现了从故障激励到报警输出的零能耗闭环，为无人机健康监测提供了全新的无源工程方案。在柔性风能收集领域，刘建军老师等在《Results in Engineering》上发表了题为“Energy harvesting properties of flexible piezoelectrets under wind-induced vibration”的研究论文。该研究聚焦环境微能源的高效收集，采用多层极化和预拉伸技术成功制备出一种新型柔性压电驻极体材料。测试表明，该材料的横向压电系数g₃₁达到了0.235 V·m/N，性能与传统PVDF材料相当，但在柔韧性上具备更显著的优势。基于此材料，研究团队巧妙设计了一种旗摆式压电能量收集器（PEH），并在风洞实验中展现出优异的能量转换性能。在2至8 m/s的风速范围内，该收集器能够产生稳定的电能输出，当风速达到8 m/s时，其最大峰峰值电压可达9.6 V，峰值功率密度高达118 μW/cm³。此外，团队还通过流体-结构相互作用（FSI）仿真技术，深刻揭示了周期性涡激振动与限幅振荡作为实现高效能量转换的核心物理机制，并系统表征了该材料的疲劳寿命与温度稳定性。这项研究成果为柔性微型能源在可穿戴设备以及极端环境传感节点中的实用化应用提供了关键的理论支撑和核心设计依据。刘建军老师及其合作团队在智能材料与装备领域取得重要交叉创新成果，成功研发出基于柔性压电材料的无人机零能耗故障实时监测与高效风能收集系统，为轻量化航空器安全及无源微能源技术提供了创新性的工程方案。【作者：崔琳琳  审核：徐国盛       编辑：张灏    责编：蔡月梅    终审：李庆军】